專利名稱：天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝方法
天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是一種天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝方法，涉及到光纖 傳感技術(shù)、機械振動的測量以及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，世界上建成的管道總長達到250萬公里，已經(jīng)超過鐵路總里程成為世界能 源主要運輸方式，發(fā)達國家和中東產(chǎn)油區(qū)的油品輸運已全部實現(xiàn)管道化。我國管道在近年 也得到了較快發(fā)展，總長也超過7萬公里，已初步形成橫跨東西、縱貫南北、覆蓋全國、連通 海外的能源管網(wǎng)大格局，管道運輸成為油氣等戰(zhàn)略能源的調(diào)配輸送的主要方式。
管道由于跨越地域廣，受自然災害、第三方施工破壞等原因，導致了較多的管道泄 漏事故發(fā)生。一旦天然氣管道發(fā)生泄漏，就會造成全線停輸和大量天然氣資源流失。這不 但直接影響到沿線城市和用氣企業(yè)的能源供給，而且，還極易引起火災、爆炸等安全事故， 威脅沿線地區(qū)的人民生命財產(chǎn)安全，甚至還會造成嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)災難。例如，美國 2010年9月9日圣布魯諾市發(fā)生天然氣管道大爆炸，爆炸在路面造成一個長51米、寬9米 的大坑。一段長約8米、直徑76厘米的管道被炸上天，飛出大約30米遠，并引發(fā)大范圍火 災，導致4人死亡，3人失蹤，至少52人受傷，過火面積4公頃，數(shù)十樁房屋被燒毀。近年來 人們安全、環(huán)保意識顯著提升，作為高危行業(yè)的管道輸運安全問題也得到越來越多的重視。
縱觀國內(nèi)與國外的各種管道泄漏監(jiān)測技術(shù)，目前普遍使用的負壓波法，流量平衡 法，壓力坡降等輸油管道泄漏檢測技術(shù)，無法有效的解決氣體管道的泄漏檢測問題，尤其是 對微小泄漏的識別與定位。而基于光纖良好的傳感特性，光纖傳感技術(shù)得以快速發(fā)展，其中 應用較多的是利用一根與管道同溝敷設(shè)的光纜作為氣體泄漏傳感單元，靈敏度雖然比傳統(tǒng) 技術(shù)高，但是其定位效果差，不能完全滿足天然氣管道泄漏監(jiān)測的應用需求。另一種基于光 纖復用技術(shù)的準分布式光纖傳感技術(shù)，可有效解決管道氣體微小泄漏的識別與定位。但是 其光纖傳感單元的安裝技術(shù)要求復雜，設(shè)計難度大，主要是要保證光纖傳感單元檢測靈敏 度足夠高，噪聲隔離性要好。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種安裝較為簡單且使光纖傳感單元檢測靈敏度足夠高、噪 聲隔離性足夠好的天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝方法。
本發(fā)明是針對具有高靈敏度的準分布式光纖傳感泄漏振動監(jiān)測方法和系統(tǒng)的光 纖傳感單元安裝方法。它是在具有一定間隔的管道本體上安裝高靈敏度光纖干涉型泄漏光 纖傳感器，連續(xù)實時監(jiān)測沿管道本體傳播的振動波信號，對采集的振動波信號進行分析處 理，包括類型識別和振動源定位，其中類型識別為通過對振動波特征的提取分析判別其是 否屬于泄漏類型，同時根據(jù)振動波傳播到相鄰幾個光纖傳感器的時間延遲結(jié)合振動波在管 道本體上的傳播速度實現(xiàn)對振動波源所在位置的確定，實現(xiàn)上述的對振動波信號分析處理 后對泄漏事件進行報警同時提供泄漏點的位置信息。并在采用高靈敏度光纖傳感器提高對泄漏事件監(jiān)測靈敏度的基礎(chǔ)上適當增加了光纖傳感器的數(shù)量，擴展了可拾取監(jiān)測信號的頻 段，并結(jié)合多個光纖傳感器進行的時延估計定位方法保證了系統(tǒng)定位的準確性。
在天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)中，傳感單元是實現(xiàn)管道泄漏監(jiān)測的關(guān)鍵，當管 道發(fā)生泄漏時，泄漏激發(fā)的振動波將沿管道向泄漏點兩側(cè)傳播。在管道本體上每隔一定距 離安裝一個傳感單元，用來監(jiān)測管道上的泄漏振動波。傳感單元采用光纖干涉儀結(jié)構(gòu)，可以 用光纖邁克耳遜干涉儀或者光纖馬赫曾德干涉儀作為泄漏振動波檢測傳感單元。
本發(fā)明的光纖傳感器是檢測管道徑向振動的光纖傳感器。檢測管道徑向振動的光 纖傳感器的結(jié)構(gòu)見圖1，傳感器由由彈性圓柱體3、光纖干涉儀4以及尾纖盤纖盒I組成；其 中，在彈性圓柱體外周上均勻有序的纏繞光纖干涉儀的干涉臂，并用粘合劑將光纖與圓柱 體緊緊粘合在一起，纏繞后剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件將整齊的盤繞在尾纖盤纖盒I 內(nèi)，輸入、輸出光纖2露在外；尾纖盤纖盒I通過粘合劑固定在彈性圓柱體3頂部。傳感器 安裝時，將彈性圓柱體3的內(nèi)凹端使用粘合劑粘在天然氣管道外表面上，并作相應的管道 防腐處理，使傳感器整體與管道表面防腐層無縫對接。
所述的彈性圓柱體3是一個底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制低矮的圓 柱體；天然氣管道泄漏時產(chǎn)生的徑向振動讓彈性圓柱體3發(fā)生形變，帶動彈性圓柱體外周 纏繞的光纖干涉儀4也發(fā)生形變，由此改變光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獾臓顟B(tài)，以致被后端設(shè)備檢測 到；
傳感器本體底部通過膠粘劑粘接固定于天然氣管道外表面，傳感光纖不能粘膠， 需直接接觸管道外鋼表面。
其中傳感器的外殼內(nèi)附有減振層，主要起隔離管道壁外界干擾信號和固定保護傳 感器的作用。
本發(fā)明針對上述基于光纖復用傳感技術(shù)的準分布式管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)提出了一 種光纖傳感單元的安裝方法。該方法既能保證光纖傳感器的檢測靈敏度高，又能有效隔離 管道壁以外的干擾信號，適用于直接接觸管道表面的光纖傳感器安裝?；谶@種安裝方法 的光纖傳感器可為準分布式天然氣管道泄漏監(jiān)測提供高定位精度和高靈敏度的監(jiān)測手段。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該發(fā)明包括光纖傳感器本體6、傳感器護罩7和天然 氣管道。該傳感器本體6是一個底部均勻分布著傳感光纖的盒體，底部內(nèi)凹，呈與管道外表 面相匹配的弧度，這主要是為了使傳感光纖竟可能接觸管道外壁，增加其靈敏度。傳感器 護罩內(nèi)部附有減振保護作用的海綿層，主要起隔離管道壁外界干擾信號和保護傳感器的作 用。在安裝傳感器前需要將相應區(qū)域的天然氣管道外表面的防腐層清除干凈，露出鋼管表 面，安裝時，使用膠粘劑將傳感器本體6粘接在管道外壁上，這也是為了使傳感光纖竟可能 接觸管道外壁，增加其靈敏度。之后將傳感器護罩7罩在傳感器本體6外面，由傳感器本體 6內(nèi)引出的傳輸光纜從傳感器護罩7的出纜槽引出，最后在傳感器護罩7與管道的接縫處進 行膠粘和防腐處理，使其與管道表面防腐層無縫對接。
本發(fā)明的效果和益處是，基于這種安裝方法的天然氣管道泄漏監(jiān)測光纖傳感器具 有檢測靈敏度高，噪聲隔離性好的優(yōu)點，可為準分布式天然氣管道泄漏監(jiān)測提供高定位精 度和高靈敏度的監(jiān)測手段。


圖1光纖傳感天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖
圖2管道徑向振動檢測光纖傳感器結(jié)構(gòu)圖
圖3天然氣管道泄漏監(jiān)測的光纖傳感器安裝方法示意圖
圖4天然氣管道泄漏監(jiān)測的光纖傳感單元安裝結(jié)構(gòu)示意圖(局部放大圖)
其中1_尾纖盤纖盒2_輸入、輸出光纖3_彈性圓柱體
4-光纖干涉儀5-傳輸光纜6-傳感器本體
7-傳感器護罩8-長方形彈性片9-管道表面
10-管道表面防腐層。
具體實施方式
結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
實施例.本例主要是針對天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)傳感器所設(shè)計的實施例， 故需在該監(jiān)測系統(tǒng)實施例的基礎(chǔ)上進行。該監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，在管道本體上每隔1. 5km安裝一個光纖傳感器,共計安裝10個傳感器,前5個傳感器和后5個傳感器分別構(gòu)成 一個傳感器組，所有光纖傳感器組共用傳輸光纜中的一根光纖與系統(tǒng)光源連接，作為發(fā)射 光纖，同時每個光纖傳感器組又獨自使用傳輸光纜中的一根光纖與系統(tǒng)光電探測器連接， 作為回傳光纖；光電探測器輸出端接包括泄漏信號識別和事件定位功能的信號采集與處理 模塊，所述信號采集與處理模塊包括信號調(diào)理器、信號采集器、處理單元、終端顯示和外部 接口 ；其中連接光電探測器輸出端的依次是信號調(diào)理器、信號采集器和處理單元，處理單元 輸出有終端顯示和外部接口。信號采集器與處理單元輸出接微機。
本例所用到的光纖傳感器是檢測管道徑向振動的光纖傳感器如圖2。
本例中系統(tǒng)所采用的傳感器僅主要傳感光纖構(gòu)成，制作方式按照圖2的方法繞制 而成，其外部罩有傳感器護罩7，傳感器護罩7內(nèi)層附有一層隔振海棉，安裝時用粘結(jié)膠粘 貼在刨開防腐層的管道表面，使傳感器的內(nèi)凹底部緊貼管道外壁，實現(xiàn)對管道本體振動的 拾??；
本例中，該系統(tǒng)光纖傳感器的具體安裝方法如圖3、4所示首先，清理傳感器安裝 區(qū)域的天然氣管道外表面涂層10，去除管道表面原有的防腐層并進行輕度打磨，直至露出 光滑的鋼管壁9。接著，在鋼管外表面均勻涂抹膠粘劑，將傳感器底部或長方形彈性片8與 鋼管外表面9緊壓在一起，直至膠粘劑完全凝固為止。然后將傳感器護罩7完全罩住傳感 器本體6，并在其間墊上減振夾層，在安裝時傳感器護罩7側(cè)面的出纜槽應對準傳感器上的 傳輸光纜5位置。最后在傳感器護罩與管道接縫處進行膠粘和防腐處理，其間使用與天然 氣管道表面涂層相同的材料進行，最終使傳感器整體與管道表面防腐層無縫對接。
本例經(jīng)多次試驗，通過在管道壁上安裝泄漏振動敏感干涉型傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對沿 管道傳播的任何擾動行為的監(jiān)測，經(jīng)過對信號分析處理以及智能識別能夠?qū)崿F(xiàn)對泄漏事件 報警并給出泄漏點位置，系統(tǒng)靈敏度高，通過對泄漏的智能識別極大程度上降低了偶發(fā)事 件導致的系統(tǒng)虛警率。
權(quán)利要求
1.一種天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝方法，其特征在于由彈性圓柱體(3)、光纖干涉儀(4)以及尾纖盤纖盒(I)組成檢測管道徑向振動的光纖傳感器；其中，在彈性圓柱體外周上均勻有序的纏繞光纖干涉儀的干涉臂，并用粘合劑將光纖與圓柱體緊緊粘合在一起，纏繞后剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件將整齊的盤繞在尾纖盤纖盒(I)內(nèi)，輸入、輸出光纖(2)露在外；尾纖盤纖盒(I)通過粘合劑固定在彈性圓柱體(3)頂部；傳感器安裝時，將彈性圓柱體(3)的內(nèi)凹端使用粘合劑粘在天然氣管道外表面上，并作相應的管道防腐處理，使傳感器整體與管道表面防腐層無縫對接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝方法，其特征在于所述彈性圓柱體(3)是一個底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制低矮的圓柱體；傳感器本體底部傳感光纖是沿管道軸向均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝方法，其特征在于天然氣管道外表面在安裝傳感器之前需除去防腐層，露出鋼管表面本體，傳感器本體底部通過膠粘劑粘接固定于天然氣管道鋼的外表面，傳感光纖不能粘膠，需直接接觸管道外鋼表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝方法，其特征在于所述檢測管道徑向振動的光纖傳感器的傳感器護罩(7)內(nèi)部附有減振層。
全文摘要
本發(fā)明是一種天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝方法。由彈性圓柱體(3)、光纖干涉儀(4)以及尾纖盤纖盒(1)組成檢測管道徑向振動的光纖傳感器；在彈性圓柱體(3)外周上均勻有序的纏繞光纖干涉儀的干涉臂，并用粘合劑將光纖與彈性圓柱體(3)緊粘在一起，纏繞后剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件整齊的盤繞在尾纖盤纖盒(1)內(nèi)；尾纖盤纖盒(1)用粘合劑固定在彈性圓柱體(3)頂部；將彈性圓柱體(3)的內(nèi)凹端用粘合劑粘在天然氣管道外表面上，并作相應的管道防腐處理，使傳感器整體與管道表面防腐層無縫對接。本方法能夠有效控制光纖傳感單元探頭的靈敏度，并對除天然氣泄漏之外的信號干擾具有良好的隔離屏蔽效果。
文檔編號F17D5/02GK102997049SQ20111027199
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者張金權(quán), 李光, 李 東, 焦書浩, 王飛, 趙鋒, 謝文婧, 于立成, 厲宇, 曾科宏 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣管道局